DE19809649A1 - Verfahren zur enzymatischen Enantiomeren-Trennung von 3(R)- und 3(S)-Hydroxy-1-methyl-4-(2,4,6-trimethoxyphenyl)-1,2,3,6-tetrahydro-pyridin bzw. der Carbonsäureester - Google Patents

Verfahren zur enzymatischen Enantiomeren-Trennung von 3(R)- und 3(S)-Hydroxy-1-methyl-4-(2,4,6-trimethoxyphenyl)-1,2,3,6-tetrahydro-pyridin bzw. der Carbonsäureester

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung optisch reiner Verbindungen der Formel (I) durch stereodifferenzierende Umsetzung der Enantiomeren-Gemische mit Hilfe eines Enzyms.
3(S)- bzw. 3(R)-Hydroxy-1-methyl-4-(2,4,6-trimethoxyphenyl)-1,2,3,6-tetrahydro­ pyridin (Verbindungen der Formel (I) mit R = H) bzw. deren Esterderivate (Verbindungen der Formel (I) mit R = COR1) sind zentrale Bausteine bzw. Vorstufen der in der Patentanmeldung HMR 98/L 001 ("Verfahren zur Herstellung von (-)cis-3- Hydroxy-1-methyl-4(R)-(2,4,6-trimethoxyphenyl)piperidin") beschriebenen Synthese des Flavopiridols (HMR 1275 oder L 86 8275), des ersten potenten Inhibitors der cyclin-abhängigen Protein-Kinase (siehe z. B. Sedlacek, Hans Harald; Czech, Joerg; Naik, Ramachandra; Kaur, Gurmeet; Worland, Peter; Losiewicz, Michael; Parker, Bernard; Carlson, Bradley; Smith, Adaline; et al. Flavopiridol (L 86 8275; NSC 649890), a new kinase inhibitor for tumor therapy. Int. J. Oncol. (1996), 9(6), 1143-1168 oder Czech, Joerg; Hoffmann, Dieter; Naik, Ramachandra; Sedlacek, Hans- Harald; Antitumoral activity of flavone L 86 8275. Int. J. Oncol. (1995), 6(1), 31-36).
Eine Racematspaltung bzw. Enantiomeren-Trennung der Verbindungen der Formel (I) ist nicht bekannt.
Es wurde nun gefunden, daß Verbindungen der Formel (I) aus den Enantiomeren- Gemischen durch enzymatische Esterspaltung (Hydrolyse oder Alkoholyse) in optisch reiner Form erhalten werden können.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit ein Verfahren zur kinetischen Racematspaltung von Verbindungen der Formel (I),
das dadurch gekennzeichnet ist, daß man Enantiomeren-Gemische bzw. racemische Gemische von Verbindungen der Formel (I), in der
R steht für COR1 mit R1 = (C1-C16)-Alkyl, (C2-C16)-Alkenyl bzw. (C3-C16)-Alkinyl, CnH2n-Cycloalkyl mit n = 1-16, die verzweigt oder nichtverzweigt sein können und die substituiert sein können mit 1-3 Substituenten aus der Gruppe F, Cl, Br, J, CF3, CN, NO2, Hydroxy, Methoxy, Ethoxy und COOR2, mit R2 = (C1-C4)-Alkyl und (C2-C4)-Alkenyl, die verzweigt oder nichtverzweigt sein können und die substituiert sein können mit 1-3 Substituenten aus der Gruppe F, Cl, Br, CF3,
in homogenen oder heterogenen, wäßrigen, wäßrig-organischen oder organischen Medien in Gegenwart eines Enzyms, z. B. einer Lipase oder Esterase, z. B. aus Säugetier-Lebern oder -Bauchspeicheldrüsen oder mikrobiellen Ursprungs, wie beispielsweise aus Candida, Pseudomonas und Aspergillus, oder einer Protease, z. B. aus Bacillus, einer stereoselektiven Hydrolyse oder Alkoholyse bei einer Temperatur von 10-80°C gegebenenfalls in Gegenwart von Cosolventien und eines Puffers unterwirft wobei die Reaktionsmischung vorzugsweise 2-50 Gew.-% Ester enthält
und nach Ablauf der Reaktion den nicht umgesetzten Ester (Verbindung der Formel (I) mit R = COR1) und den gebildeten Alkohol (Verbindung der Formel (I) mit R = H) - und somit beide Enantiomere - trennt.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist ökonomisch, einfach und schnell. Die Reaktion erfordert keine äquimolaren Mengen optisch reiner Hilfsstoffe, keine teuren Reagenzien, keine unverhältnismäßig großen Lösungsmittelmengen und keine kostenintensiven Arbeitsschritte. Nach Beendigung der Reaktion kann die Trennung der Produkte bzw. der Enantiomeren durch einfache Maßnahmen, z. B. durch Extraktion, erfolgen.
Bevorzugt steht in den Verbindungen der Formel (I)
R für COR1 mit R1 = (C1-C12)-Alkyl, (C2-C12)-Alkenyl bzw. (C3-C12)-Alkinyl, CnH2n-Cycloalkyl mit n = 1-12, die verzweigt oder nichtverzweigt sein können und die substituiert sein können mit 1-3 Substituenten aus der Gruppe F, Cl, Br, CF3, CN, NO2, Hydroxy, Methoxy, Ethoxy und COOR2, mit R2 = Methyl, Ethyl und Vinyl, die substituiert sein können mit 1-3 Substituenten aus der Gruppe F, Cl, CF3.
Besonders bevorzugt steht in den Verbindungen der Formel (I)
R für COR1 mit R1 = (C1-C10)-Alkyl, (C2-C10)-Alkenyl bzw. (C3-C10)-Alkinyl, CnH2n-Cycloalkyl mit n = 1-10, die verzweigt oder nichtverzweigt sein können und die substituiert sein können mit 1-3 Substituenten aus der Gruppe F, Cl, Br, CF3, CN, NO2, Methoxy, und COOR2, mit R2 = Methyl, Ethyl und Vinyl, die substituiert sein können mit 1-3 Substituenten aus der Gruppe F, Cl, CF3.
Ganz besonders bevorzugt steht in den Verbindungen der Formel (I)
R für COR1 mit R1 = (C1-C10)-Alkyl, (C2-C10)-Alkenyl bzw. (C3-C10)-Alkinyl, die verzweigt oder nichtverzweigt sein können und die substituiert sein können mit 1-3 Substituenten aus der Gruppe F, Cl, Br, CF3, und Methoxy.
Bei dem Verfahren geht man vorzugsweise so vor, daß man einen Ester der Formel (I), beispielsweise R = COR1 mit R1 = C3H7 oder C8H17 in einer wasser- oder alkoholhaltigen Lösung mit einer Lipase, Esterase oder Protease versetzt und rührt. Es kann vorteilhaft sein, die genannte Lösung zu puffern, z. B. mit Phosphat- oder TRIS [= Tris-(hydroxymethyl)-methylamin]-Puffer. Der Zusatz kann z. B. 0.01-1.0 molar sein. Ein günstiger Pufferbereich ist pH 5-9.
Es kann weiterhin vorteilhaft sein, Cosolventien zuzugeben. Als Cosolvens eignen sich z. B. Dimethoxyethan, Aceton, THF, Dioxan, Hexan, tert.-Butylmethylether und tert.-Butanol. Der Anteil an Cosolvens in der Lösung liegt vorzugsweise bei 10-80%.
Als Enzyme werden bevorzugt Lipasen und Esterasen, wie z. B. Cholesterol- Esterase (EC 3.1.1.13) aus Rinderpankreas (Sigma Chemical Co.), Schweineleber- Esterase (PLE (porcine liver esterase), Sigma Chemical Co.), Pankreatin (Fluka und Sigma Chemical Co.), Pankreas-Acetonpulver vom Rind (Sigma Chemical Co.), Leber-Acetonpulver vom Pferd (Sigma Chemical Co.) und Lipase aus Schweinepankreas (PPL (porcine pancreas lipase), Sigma Chemical Co.), Lipase OF aus Candida rugosa (Meito Sangyo) und Lipase AP-6 aus Aspergillus niger (Amano Pharmaceuticals) eingesetzt.
Jedes der genannten Enzyme kann in freier oder in immobilisierter Form (Immobilized Biocatalysts, W. Hartmeier, SpringerVerlag Berlin, 1988) eingesetzt werden. Die Enzymmenge wird in Abhängigkeit von der Reaktionsgeschwindigkeit bzw. von der angestrebten Reaktionszeit und von der Art des Enzyms (z. B. frei oder immobilisiert) frei gewählt und ist durch einfache Vorversuche leicht zu bestimmen.
Die Reaktionsmischung enthält vorzugsweise 2-50 Gew.-% Ester, besonders bevorzugt 5-20%. Die Reaktionstemperatur beträgt 10-80 °C, bevorzugt 20-60°C, besonders bevorzugt 20-40°C.
Die Herstellung der Ester (Verbindungen der Formel I mit R = COR1) erfolgt zweckmäßigerweise aus dem Alkohol (Verbindung der Formel I mit R = H) nach bekannten Methoden der Veresterung (Haslam, Tetrahedron 1980, 36, 2409; Höfle, Steglich, Vorbrüggen, Angew. Chem. 1978, 90, 602) oder wie in der Patentanmeldung HMR 98/L 001 ("Verfahren zur Herstellung von (-)cis-3-Hydroxy 1-methyl-4(R)-(2,4,6-trimethoxyphenyl)piperidin") beschrieben.
Die bei dem Verfahren entstehenden bzw. verbleibenden Produkte lassen sich auf einfache Weise trennen, z. B. durch Extraktion oder chromatographische Methoden. Den verbleibenden Ester erhält man z. B. durch Verteilen der Reaktionslösung zwischen Wasser und n-Heptan und Einengen der organischen Phase. Der entstandene Alkohol kann dann aus der wäßrigen Phase mit Essigsäureethylester extrahiert werden. Die Wiedergewinnung des Enzyms kann durch Gefriertrocknung erfolgen. Die Abtrennung (und ggf. spätere Wiederverwendung) des Enzyms kann durch Immobilisierung erleichtert werden.
Durch geeignete Reaktionsführung gelingt es immer, zumindest ein Enantiomeres optisch rein zu erhalten. Strebt man optisch reinen Ester an, sollte der Umsatz über (oder gleich) 50% sein, strebt man optisch reinen Alkohol an, sollte der Umsatz kleiner (oder gleich) 50% sein. Die Umsatzbestimmung der enzymatischen Hydrolyse oder Alkoholyse erfolgte mit HPLg (RP 18 LiChrosorb®), die Bestimmung der optischen Reinheit wurde per HPLC (Chiralpak AD) durchgeführt. Die bei dem Verfahren der Racematspaltung entstehenden bzw. verbleibenden Ester lassen sich nach bekannten Methoden der Esterspaltung (S.J. Salomon, E.G. Mata, O.A. Mascaretti, Tetrahedron 1993, 49, 3691-3748) ohne Inversion oder Racemisierung in den korrespondierenden Alkohol überführen. Umgekehrt läßt sich der entstehende Alkohol nach bekannten Methoden der Veresterung (Haslam, Tetrahedron 1980, 36, 2409) ohne Inversion oder Racemisierung in den korrespondierenden Ester überführen.
Die bei dem Verfahren entstehenden bzw. verbleibenden Produkte lassen sich nach bekannten Methoden, z. B. durch metallkatalysierte Umlagerungen (L.E. Overman, Angew. Chem. 1984, 96, 565-573 und bereits zitierte Literatur), racemisieren und erneut in die Racematspaltung einsetzen. Dies erhöht die Ausbeute auf über 50%. Beispielsweise lassen sich die Verbindungen der Formel (I) mit R = COR1 direkt und die der Formel (I) mit R = H z. B. nach Überführung in geeignete Derivate, wie sie in L.E. Overman, Angew. Chem. 1994, 96, 565-573 beschrieben sind, racemisieren. Als Metallkatalysatoren können beispielsweise Hg(II)-, Pd(0)- oder Pd(II)-Verbindungen bzw. -Salze verwendet werden.
Durch die nachfolgende Beispiele soll die vorliegende Erfindung näher erläutert werden.
Beispiele
Alle isolierten Produkte bzw. Rohproduktgemische wurden durch 1H-NMR- und Massen-Spektren bzw. per HPLC identifiziert. Die optische Reinheit der Produkte wurde durch HPLC, z. B an Chiralpak AD 250 × 4.6 (Daicel) bestimmt.
Beispiel 1
10 mg des Essigsäureesters [Verbindung der Formel I mit R1 = COR2 und R2 = COCH3] wurden in 1 mL Kaliumphosphat-Puffer (0.1 M, pH = 7.0)/Dimethoxyethan (5 : 1) vorgelegt. 5 mg Pankreatin wurden zugegeben. Es wurde bei 20-25°C gerührt bis der Umsatz ca. 40% (HPLC) erreicht hatte. Dann wurde filtriert, zur Trockne eingeengt und die resultierende Mischung per HPLC (Chiralpak AD 250 × 4.6, n- Hexan + EtOH 5 + 1, Fluß 1 mL/min, 25°C, 220/240 nm) untersucht:
ee des verbliebenen (R)-Essigsäureesters: 63%; ee des (S)-Alkohols: 85%.
Beispiel 2
10 mg des Buttersäureesters [Verbindung der Formel I mit R1 = COR2 und R2 = CO(CH2)2CH3] wurden in 1 mL Kaliumphosphat-Puffer (0.1 M, pH = 7.0)/­ Dimethoxyethan (5 : 1) vorgelegt. 5 mg PPL (Lipase aus Schweinepankreas, Sigma Chemical Co.) wurden zugegeben. Es wurde bei 30°C gerührt bis der Umsatz ca. 48% (HPLC) erreicht hatte. Dann wurde filtriert, zur Trockne eingeengt und die resultierende Mischung per HPLC (Chiralpak AD 250 × 4.6, n-Hexan + EtOH 6 + 1, Fluß 1 mL/min, 25°C, 220/240 nm) untersucht:
ee des (R)-Buttersäureesters: 90%; ee des (S)-Alkohols: 97%.
Beispiel 3
1.0 g (2.86 mmol) des Buttersäureesters [Verbindung der Formel I mit R1 = COR2 und R2 = CO(CH2)2CH3] wurden in 8 mL Dimethoxyethan und 40 mL Kaliumphosphat-Puffer (0.1 M, pH = 7.0) vorgelegt. 90 mg Pankreatin wurden zugegeben. Es wurde bei 22-25°C gerührt bis der Umsatz 50% überschritten hatte. Dann wurde im Vakuum eingeengt, mit Wasser versetzt und sechsmal mit ca. 50 mL n-Heptan extrahiert. Nach Trocknen (Na2SO4) wurde im Vakuum eingeengt. Man erhielt 450 mg (45%) des (R)-Buttersäureesters; ee (HPLC): ≧ 99%. Nach Extraktion der verbliebenen Wasserphase mit Essigsäureethylester, Trocknen (Na2SO4) und Einengen im Vakuum erhielt man 190 mg (23.8%) des (S)-Alkohols:
ee (HPLC): 97%.
Beispiel 4
10 mg des Buttersäureesters [Verbindung der Formel I mit R1 = COR2 und R2 = CO(CH2)2CH3] wurden in 1 mL Kaliumphosphat-Puffer (0.1 M, pH = 7.0)/Dimethoxyethan (5 : 1) vorgelegt. 5 mg PPL wurden zugegeben. Es wurde bei 30°C gerührt bis ein Umsatz von ca. 48% (HPLC) erreicht war. Dann wurde filtriert, zur Trockne eingeengt und die resultierende Mischung per HPLC (Chiralpak AD 250 × 4.6, n-Hexan + EtOH 6 + 1, Fluß 1 mL/min, 25°C, 220/240 nm) untersucht:
ee des (R)-Buttersäureesters: 90%; ee des (S)-Alkohols: 97%.
Beispiel 5
10 mg des Buttersäureesters [Verbindung der Formel I mit R1 = COR2 und R2 = CO(CH2)2CH3] wurden in 1 mL Kaliumphosphat-Puffer (0.1 M, pH = 7.0)/­ Dimethoxyethan (5 : 1) vorgelegt. 5 mg PLE (Schweinleber-Esterase, Sigma Chemical Co.) wurden zugegeben. Es wurde bei 30°C gerührt bis ein Umsatz von ca. 47% (HPLC) erreicht war. Dann wurde filtriert, zur Trockne eingeengt und die resultierende Mischung per HPLC (Chiralpak AD 250 × 4.6, n-Hexan + EtOH 6 + 1, Fluß 1 mL/min, 25°C, 220/240 nm) untersucht:
ee des (R)-Buttersäureesters: 88%; ee des (S)-Alkohols: 97%.
Beispiel 6
10 mg des Capronsäureesters [Verbindung der Formel I mit R1 = COR2 und R2 = CO(CH2)4CH3] wurden in 1 mL Kaliumphosphat-Puffer (0.1 M, pH = 7.0)/­ Dimethoxyethan (5 : 1) vorgelegt. 5 mg PLE wurden zugegeben. Es wurde bei 30°C gerührt bis ein Umsatz von ca. 40% (HPLC) erreicht war. Dann wurde filtriert, zur Trockne eingeengt und die resultierende Mischung per HPLC (Chiralpak AD 250 × 4.6, n-Hexan + EtOH 6 + 1, Fluß 1 mL/min, 25°C, 220/240 nm) untersucht:
ee des (R)-Capronsäureesters: 66%; ee des (S)-Alkohols: 96%.
Beispiel 7
10 mg des Capronsäureesters [Verbindung der Formel I mit R1 = COR2 und R2 = CO(CH2)4CH3] wurden in 1 mL Kaliumphosphat-Puffer (0.1 M, pH = 7.0)/­ Dimethoxyethan (5 : 1) vorgelegt. 5 mg Cholesterolesterase aus Rinderpankreas wurden zugegeben. Es wurde bei 30 °C gerührt bis ein Umsatz von ca. 50% (HPLC) erreicht war. Dann wurde filtriert, zur Trockne eingeengt und die resultierende Mischung per HPLC (Chiralpak AD 250 × 4.6, n-Hexan + EtOH 6 + 1, Fluß 1 mL/min, 25°C, 220/240 nm) untersucht:
ee des (R)-Capronsäureesters: ≧ 99.8%; ee des (S)-Alkohols: ≧ 99.8%.
Beispiel 8
10 mg des Caprinsäureesters [Verbindung der Formel I mit R1 = COR2 und R2 = CO(CH2)8CH3] wurden in 1 mL Kaliumphosphat-Puffer (0.1 M, pH = 7.0)/­ Dimethoxyethan (5 : 1) vorgelegt. 5 mg PPL wurden zugegeben. Es wurde bei 30°C gerührt bis ein Umsatz von ca. 10% (HPLC) erreicht war. Dann wurde filtriert, zur Trockne eingeengt und die resultierende Mischung per HPLC (Chiralpak AD 250 × 4.6, n-Hexan + EtOH 6 + 1, Fluß 1 mL/min, 25°C, 220/240 nm) untersucht:
ee des (R)-Caprinsäureesters: ≧ 11% ee des (S)-Alkohols: 95%.
Beispiel 9
10 mg des Buttersäureesters [Verbindung der Formel I mit R1 = COR2 und 'R2 = CO(CH2)2CH3] wurden in 1 mL Kaliumphosphat-Puffer (0.1 M, pH = 7.0)/­ Dimethoxyethan (5 : 1) vorgelegt. 5 mg Pferdeleber-Acetonpulver wurden zugegeben. Es wurde bei 30°C gerührt bis ein Umsatz von ca. 46% (HPLC) erreicht war. Dann wurde filtriert, zur Trockne eingeengt und die resultierende Mischung per HPLC (Chiralpak AD 250 × 4.6, n-Hexan + EtOH 6 + 1, Fluß 1 mL/min, 25°C, 220/240 nm) untersucht:
ee des (R)-Buttersäureesters: 82%; ee des (S)-Alkohols: 96%.

Claims (5)

1. Verfahren zur kinetischen Racematspaltung von Verbindungen der Formel (I),
dadurch gekennzeichnet, daß man Enantiomeren-Gemische bzw. racemische Gemische von Verbindungen der Formel (I), in der
R steht für COR1 mit R1 = (C1-C16)-Alkyl, (C2-C16)-Alkenyl bzw. (C3-C16)-Alkinyl, CnH2n-Cycloalkyl mit n = 1-16, die verzweigt oder nichtverzweigt sein können und die substituiert sein können mit 1-3 Substituenten aus der Gruppe F, Cl, Br, J, CF3, CN, NO2, Hydroxy, Methoxy, Ethoxy und COOR2, mit R2 = (C1- C4)-Alkyl und (C2-C4)-Alkenyl, die verzweigt oder nichtverzweigt sein können und die substituiert sein können mit 1-3 Substituenten aus der Gruppe F, Cl, Br, CF3,
in homogenen oder heterogenen, wäßrigen, wäßrig-organischen oder organischen Medien in Gegenwart eines Enzyms einer stereoselektiven Hydrolyse oder Alkoholyse bei einer Temperatur von 10-80°C gegebenenfalls in Gegenwart von Cosolventien und eines Puffers unterwirft wobei die Reaktionsmischung vorzugsweise 2-50 Gew.-% Ester enthält
und nach Ablauf der Reaktion den nicht umgesetzten Ester (Verbindung der Formel (I) mit R = COR1) und den gebildeten Alkohol (Verbindung der Formel (I) mit R = H) - und somit beide Enantiomere - trennt.
2. Verfahren zur kinetischen Racematspaltung von Verbindungen der Formel (1), gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
R für COR1 mit R1 = (C1-C12)-Alkyl, (C2-C12)-Alkenyl bzw. (C3-C12)-Alkinyl, CnH2n-Cycloalkyl mit n = 1-12, die verzweigt oder nichtverzweigt sein können und die substituiert sein können mit 1-3 Substituenten aus der Gruppe F, Cl, Br, CF3, CN, NO2, Hydroxy, Methoxy, Ethoxy und COOR2, mit R2 = Methyl, Ethyl und Vinyl, die substituiert sein können mit 1-3 Substituenten aus der Gruppe F, Cl, CF3 steht.
3. Verfahren zur kinetischen Racematspaltung von Verbindungen der Formel (1), gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
R für COR1 mit R1 = (C1-C10)-Alkyl, (C2-C10)-Alkenyl bzw. (C3-C10)-Alkinyl, CnH2--Cycloalkyl mit n = 1-10, die verzweigt oder nichtverzweigt sein können und die substituiert sein können mit 1-3 Substituenten aus der Gruppe F, Cl, Br, CF3, CN, NO2, Methoxy, und COOR2, mit R2 = Methyl, Ethyl und Vinyl, die substituiert sein können mit 1-3 Substituenten aus der Gruppe F, Cl, CF3 steht.
4. Verfahren zur kinetischen Racematspaltung von Verbindungen der Formel (I) gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß
R für COR1 mit R1 = (C1-C10)-Alkyl, (C2-C10)-Alkenyl bzw. (C3-C10)-Alkinyl, die verzweigt oder nichtverzweigt sein können und die substituiert sein können mit 1-3 Substituenten aus der Gruppe F, Cl, Br, CF3, und Methoxy steht.
5. Verfahren zur kinetischen Racematspaltung von Verbindungen der Formel (I) gemäß den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Enzym eine Lipase, Esterase oder Protease verwendet wird.
DE19809649A 1998-03-06 1998-03-06 Verfahren zur enzymatischen Enantiomeren-Trennung von 3(R)- und 3(S)-Hydroxy-1-methyl-4-(2,4,6-trimethoxyphenyl)-1,2,3,6-tetrahydro-pyridin bzw. der Carbonsäureester Withdrawn DE19809649A1 (de)

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